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偏心旋转阀数值模拟的分析

1、三维建模:
偏心旋转阀的公称通径为100mm,流体的流动方向为流开,阀门最大行程为60°,调节阀经常在10% ~ 15% ( 6° ~ 10°) 的开度上调节。利用三维建模软件,根据流道的尺寸和阀芯的结构及装配关系对整个结构进行三维建模( 图1) 。
2、数值模拟:
将偏心旋转阀开度为10°的介质流道模型导入到WORKBENCH 中,对其进行网格划分,采用四面体网格形式,划分后网格数为924 725( 图2) 。在进行网格划分过程中,对模型设置边界,并将模型导入到FLUENT 模块中进行边界条件的设置( 表1) 。然后对流道模型进行求解,并通过后处理得到流场可视化图( 图3) 。
由压力云图可以看出,介质在通过偏心旋转阀时压力集中在阀芯正对介质流向部分。由速度云图可知,介质通过阀芯与阀座之间形成的间隙(主要是阀芯转向介质流入方向的一侧) 流出,由于间隙较小,对介质产生节流作用,介质流速极快,使阀芯转向介质流入方向的一侧容易出现破坏以及冲刷现象,而对介质主要流过阀体的那一侧产生冲刷。
当阀芯在6° ~10° 的开度工作时,阀芯与阀座之间节流面形成的间隙很窄,含高固和高磨蚀性颗粒(2.5mm 以下) 的水煤浆通过节流面时,流速极快,是造成阀芯和阀座密封面磨损的主要原因(验证了CFD分析结果的可靠性) 。当阀芯和阀座出现磨损后,流体节流面积增大,为了保证正常调节,阀门开度将减小,从而加剧阀芯和阀座的磨损,即使采取堆焊或喷焊硬质合金甚至采用整体碳化钨烧结的阀芯,使用寿命也很短。
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